来源：乐晴智库

链接：杜邦将在韩国生产半导体级光刻胶

光刻机工艺的原理及设备

随着电子信息产业发展的突飞猛进，光刻胶市场总需求不断提升。2019年全球光刻胶市场规模预计接近90亿美元，自2010年至今CAGR约5.4%，预计未来3年仍以年均5%的速度增长，预计至2022年全球光刻胶市场规模将超过100亿美元。

《国家集成电路产业发展推进纲要》，提出“研发光刻机、刻蚀机、离子注入机等关键设备，开发光刻胶、大尺英寸硅片等关键材料”；国家重点支持的高新技术领域（2015）中提到“高分辨率光刻胶及配套化学品作为精细化学品重要组成部分，是重点发展的”；光刻技术（包括光刻胶）是《中国制造2025》重点领域。

光刻胶是一种具有光化学敏感性的功能性化学材料，是由光引发剂（包括光增感剂、光致产酸剂）、光刻胶树脂、单体（活性稀释剂）、溶剂和其他助剂组成的对光敏感的混合液体，其中，树脂约占50%，单体约占35%。它能通过光化学反应改变自身在显影液中的溶解性，通过将光刻胶均匀涂布在硅片、玻璃和金属等不同的衬底上，利用它的光化学敏感性，通过曝光、显影、刻蚀等工艺过程，将设计在掩膜版上的图形转移到衬底上。

光刻胶常被称为是精细化工行业技术壁垒最高的材料，是因为微米级乃至纳米级的图形加工对其专用化学品的要求极高，不仅化学结构特殊，品质要求也很苛刻，所以生产工艺复杂，需要长期的技术积累。

被广泛应用于光电信息产业的微细图形线路的加工制作，是电子制造领域的关键材料之一。下游主要用于集成电路、面板和分立器件的微细加工，同时在LED、光伏、磁头及精密传感器等制作过程中也有广泛应用，是微细加工技术的关键性材料。

光刻工艺主要用于半导体图形化工艺，是半导体制造过程中的重要步骤。光刻工艺利用化学反应原理把事先制备在掩模上的图形转印到晶圆，完成工艺的设备光刻机和光刻胶都是占半导体芯片工厂资产的大头。

在目前比较主流的半导体制造工艺中，一般需要40 步以上独立的光刻步骤，贯穿了半导体制造的整个流程，光刻工艺的先进程度决定了半导体制造工艺的先进程度。光刻过程中所用到的光刻机是半导体制造中的核心设备。目前，ASML 最新的NXE3400B售价在一亿欧元以上，媲美一架F35 战斗机。

按曝光波长，光刻胶可分为紫外（300~450 nm）光刻胶、深紫外（160~280 nm）光刻胶、极紫外（EUV，13.5 nm）光刻胶、电子束光刻胶、离子束光刻胶、X射线光刻胶等。按照应用领域的不同，光刻胶又可以分为印刷电路板（PCB）用光刻胶、液晶显示（LCD）用光刻胶、半导体用光刻胶和其他用途光刻胶。PCB光刻胶技术壁垒相对其他两类较低，而半导体光刻胶代表着光刻胶技术最先进水平。

光刻胶是印刷线路板、显示面板、集成电路等电子元器件的上游。光刻胶产业链覆盖范围非常广，上游为基础化工材料行业、精细化学品行业，中游为光刻胶制备，下游为电子加工厂商、各电子器产品应用终端。由于上游产品直接影响下游企业的产品质量，下游行业企业对公司产品的质量和供货能力十分重视，常采用认证采购的模式，进入壁垒较高。

在下游半导体、LCD、PCB等行业需求持续扩大的拉动下，光刻胶市场将持续扩大。2018年全球光刻胶市场规模为85亿美元，2014-2018年复合增速约5%。据IHS，未来光刻胶复合增速有望维持5%。按照下游应用来看，目前半导体光刻胶占比24.1%，LCD 光刻胶占比26.6%，PCB 光刻胶占比24.5%，其他类光刻胶占比24.8%。

全球半导体市场规模近年来增速平稳，2012-2018年复合增速8.23%。其中，中国大陆集成电路销售规模从2158亿元迅速增长到2018年的6531亿元，复合增速为20.27%，远超全球其他地区，全球半导体产业加速向大陆转移。集成电路一般分为设计、制造和封测三个子行业，在制造和封测行业中，均需要大量的半导体新材料支持。

目前大陆半导体材料市场规模83亿美元，全球占比16%，仅次于中国台湾和韩国，为全球第三大半导体材料区域。伴随着全球半导体行业的快速发展，全球半导体光刻胶市场持续增长。

全球面板市场稳步上升，产能向大陆转移，催生LCD光刻胶需求增长。全球LCD面板产业经历了“美国研发—日本发展—韩国超越—台湾崛起—大陆发力”的过程，美国最早研发出LCD技术后，80年代后期由日本厂商将LCD技术产业化，全球面板产业几乎被日本企业垄断。

90年代后，韩国和中国台湾面板厂快速崛起，开始长时间主导市场，大陆面板自2009年开始发力，以京东方为首的大陆面板厂商产能持续翻倍增长。据IHS数据，2018年大陆LCD产能占有率已达到39%，预计2023年大陆产能将占全球总产能的55%。

面板产能扩张促进LCD光刻胶需求增长。随着全球面板产能向中国大陆转移，LCD光刻胶需求量呈现快速增长的态势。据CINNO Research预估，2022年大陆TFTArray正性光刻胶（包含LTPS基板）需求量将达到1.8万吨，彩色光刻胶需求量为1.9万吨，黑色光刻胶需求量为4100吨，光刻胶总产值预计高达15.6亿美金。

光刻胶技术壁垒高并且要与光刻设备协同研发，呈现出寡头竞争的格局。目前全球前五家日本合成橡胶、东京日化、罗门哈斯、日本信越和富士电子材料占据全球87%的市场份额，美国杜邦、德国巴斯夫等化工寡头也占有一定份额。

分领域来看，在PCB行业，由于国内PCB产值逐年提升，2016年开始行业产值就超过了全球总产值的一半，成为全球最大的PCB生产国，因此其配套的PCB光刻胶需求稳健提升，并且由于技术壁垒相对较低，国内目前PCB光刻胶相对成熟，已初步实现进口替代。主要企业包括广信材料，容大感光等。

在半导体光刻胶及LCD光刻胶领域，国内生产企业和国外差距仍然较大。用于6英寸以下硅片的g/i线光刻胶自给率约20%，适用于8英寸硅片的KrF光刻胶的自给率不足5%，而适用于12寸硅片的ArF光刻胶尚没有国内企业可以大规模生产，基本依靠进口。国内大部分光刻胶生产企业的产品主要还是集中于PCB光刻胶、TN/STN-LCD光刻胶等中低端产品。

如今国际LCD光刻胶市场主要还是由日本及韩国的厂商垄断，如JSR、LG化学、TOK、CHEIL等，半导体光刻胶领域95%的市场则被日本的JSR、信越化学、TOK、住友化学，美国的SEMATECH、IBM等占据。

面对国内LCD产能扩张的机遇，我国企业加速布局LCD光刻胶领域，博砚电子自2014年起就与北化成立联合研究中心，推进黑色光刻胶的研发与产业化，现已拥有1000吨/年黑色光刻胶产能，成功打破国外垄断。北旭电子是京东方全资子公司，2019年计划在葛店投资5亿元，主要生产TFT-LCD用光刻胶、半导体用光刻胶、PI液、有机绝缘膜等产品。

半导体光刻胶代表了光刻胶发展的最高水平，光刻工艺的成本约为整个芯片制造工艺的35%。目前，全球半导体光刻胶的核心技术和产品基本被日美企业所垄断，包括JSR、信越化学工业、TOK、陶氏化学、住友化学、富士写真电子材料、旭化成、日立化成等。

由于国内光刻胶起步晚，目前技术水平相对落后，生产产能主要集中在PCB光刻胶、TN/STN-LCD光刻胶等中低端产品，TFT-LCD、半导体光刻胶等高技术壁垒产品产能极少，仍需大量进口，从而导致国内光刻胶需求量远大于本土产量，数据显示2018年光刻胶产量和本土产量分别是8.07万吨和4.88万吨。其中中低端PCB光刻胶产值占比为94.4%，半导体和LCD光刻胶分分别占比1.6%和2.7%，严重依赖进口。纵观全球市场，光刻胶专用化学品生产壁垒高，国产化需求强烈。

国产高端光刻胶目前主要依赖进口，在中美贸易摩擦和国外贸易保护主义盛行的情况下，华为、晋华事件以及近期的日韩禁运事件，说明在科技逐渐发展、制造业越来越精细化的情况下，芯片核心技术及材料的缺失将带来整个行业的瘫痪，高端光刻胶国产化刻不容缓。